Exercicio reagente limitante

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Exercicio reagente limitante

  1. 1. CASD Vestibulares Química – Estequiometria 1 Química – Frente I Vitor Terra Lista 4 – Estequiometria – Reagente Limitante RESUMO Quando dois reagentes são misturados numa proporção diferente da estequiométrica (definida pela equação química), eles não podem ser ambos consumidos totalmente. Isso ocorre porque eles devem sempre reagir na proporção estequiométrica (pela lei de Proust). Nesse caso, o reagente que é totalmente consumido é chamado reagente limitante. Assim que ele é consumido, não se forma mais produto, ou seja, a reação termina. Os demais reagentes são chamados reagentes em excesso. Após o término da reação, sobra uma certa quantidade dos reagentes em excesso: é a quantidade inicial menos a quantidade que reagiu. Como descobrir qual é o reagente limitante: imagine a reação hipotética a seguir: A + B → produtos, onde A e B são os reagentes. Se a questão fornecequantidades de A e B usadas na reação, como descobrir qual deles é totalmente consumido? - escolher um dos reagentes (A, por exemplo) e supor que ele é o limitante; - calcular, usando regra de três, a quantidade de B necessária para consumir completamente o reagente A; - se essa quantidade encontrada de B for suficiente (menor do que a quantidade de B dada no enunciado), então o reagente A é o limitante. Caso contrário, a suposição inicial estava errada e o outro reagente (B) é o limitante. Veja a resolução do exercíciode revisão para ficar mais claro. Assim que for encontrado qual é o reagente limitante, os cálculos estequiométricos devem ser feitos usando apenas a quantidade do limitante, pois é ele que é totalmente consumido. Além disso, problemas de reagente limitante são mais fáceis de se resolver com as quantidades em mol, em vez de massa ou volume gasoso. Na dúvida, passe as quantidades para mol e trabalhe com elas. EXERCÍCIO DE REVISÃO O exercício de revisão está resolvido no final da lista. Reações químicas de neutralização, também chamadas de reações ácido-base, estão entre as mais importantes de toda a química. Um exemplo de ácido é o ácido sulfúrico (H2SO4) e um exemplo de base é o hidróxido de sódio (NaOH). A reação de neutralização entre os dois é dada pela equação não balanceada a seguir: H2SO4 + NaOH → Na2SO4 + H2O Em um laboratório de química, uma estudante misturou 3 mol de H2SO4 com 5 mol de NaOH. Responda os itens a seguir, dadas as massas molares em g/mol: H = 1, O = 16, Na = 23, S = 32. a) Escreva a equação balanceada da reaçãoentre o ácido sulfúrico e o hidróxido de sódio. b) Os reagentes estão em proporção estequiométrica? Explique. c) Se houver, qual é o reagente limitante? d) Se houver, qual é o reagente em excesso? e) Qual a quantidade consumida (em mol) de H2SO4? f) Qual a massa produzida (em g) de Na2SO4? g) Se houver, qual a massa (em g) em excesso do reagente que sobrou?
  2. 2. CASD Vestibulares Química – Estequiometria 2 EXERCÍCIOS PROPOSTOS Tarefa mínima: 1, 3, 6, 10, 12, 14, 15 Os exercícios propostos possuem dicas no final da lista. Quando necessário, consulte uma tabela periódica para valores de massa atômica. 1. (Fatec) Amônia é matéria-prima fundamental na fabricação de produtos importantes, como fertilizantes, explosivos, antibióticos e muitos outros. Na indústria, em condições apropriadas, a síntese da amônia se realiza a partir de nitrogênio e hidrogênio gasosos, como mostra a equação: N2 (g) + 3 H2 (g) → 2 NH3 (g) Considerando que o nitrogênio e hidrogênio foram colocados para reagir em quantidades tais como na figura, onde 1 representa H2 e 2 representa N2 e supondo o rendimento de 100%, pode-se afirmar que: a) nitrogênio e hidrogênio estão em proporções estequiométricas. b) hidrogênio foi colocado em excesso. c) nitrogênio é o reagente limitante. d) hidrogênio é o reagente limitante. e) ambos os reagentes estão em excesso. 2. (UFRN) Baseando-se na equação 2 NO2 (g) + O3 (g) → N2O5 (g) + O2 (g) e nos diagramas a seguir, que representam a mistura reagente e também duas situações alternativas para os produtos de reação [diagramas (I) e (II)], pode-se afirmar que o produto da reação para a mistura reagente acima é corretamente representado por a) II, em que NO2 é o reagente limitante. b) I, em que NO2 é o reagente limitante. c) II, em que O3 é o reagente limitante. d) I, em que O3 é o reagente limitante. 3. (Cesgranrio-RJ) O H2S reage com o SO2 segundo a reação: 2 H2S + SO2 → 3 S + 2 H2O. Qual o número máximo de mols de enxofre (S) que pode ser formado quando se faz reagir 5 mol de H2S com 2 mol de SO2? a) 3 b) 4 c) 6 d) 7,5 e) 15 4. (Unesp) Considere a reação em fase gasosa: N2 (g) + 3 H2 (g) → 2 NH3 (g) Fazendo-se reagir 4 L de N2 com 9 L de H2 em condições de pressão e temperatura constantes, pode-se afirmar que: a) os reagentes estão em quantidades estequiométricas. b) o N2 está em excesso. c) após o término da reação, os reagentes serão totalmente convertidos em amônia. d) a reação se processa com aumento do volume total. e) após o término da reação, serão formados 8 L de NH3. 5. (UFF-RJ) Amônia gasosa pode ser preparada pela seguinte reação balanceada: CaO (s) + 2 NH4Cℓ (s) → 2 NH3 (g) + H2O (g) + CaCℓ2 (s). Se 224 g de cloreto de amônio forem misturados com 112 g de óxido de cálcio, então a massa máxima, em gramas, de amônia produzida será de: Dado: massas molares CaO = 56 g/mol, NH4Cℓ = 53,5 g/mol, NH3 = 17 g/mol a) 68,0 b) 34,0 c) 71,0 d) 36,0 e) 32,0 6. (Unesp) Na indústria, a amônia é obtida pelo processo denominado Haber-Bosch, pela reação entre o nitrogênio e o hidrogênio na presença de um catalisador apropriado, conforme mostra a reação não-balanceada: N2 (g) + H2 (g) → NH3 (g) Com base nessas informações, considerando um rendimento de 100% e sabendo que as massas molares desses compostos são: N2 = 28 g/mol, H2 = 2 g/mol, NH3 = 17 g/mol, calcule: a) a massa de amônia produzida reagindo-se 7 g de nitrogênio com 3 g de hidrogênio; b) nas condições descritas no item a, existe reagente em excesso? Se existir, qual a massa em excesso desse reagente?
  3. 3. CASD Vestibulares Química – Estequiometria 3 7. (PUC-RJ) A cisplatina, de fórmula Pt(NH3)2Cℓ2, é um composto utilizado no tratamento de determinados tipos de câncer. A sua obtenção passa pela reação, não balanceada, representada a seguir. (NH4)2PtCℓ4 (s) + NH3 (aq) → NH4Cℓ (aq) + Pt(NH3)2Cℓ2 (s) Fazendo reagir 1,5 mol de (NH4)2PtCℓ4 com 0,5 mol de NH3, é correto afirmar que a quantidade máxima de cisplatina obtida será igual a: a) 75 g. b) 90 g. c) 108 g. d) 130 g. e) 155 g. 8. (UFG-GO) As pérolas contêm, majoritariamente, entre diversas outras substâncias, carbonato de cálcio(CaCO3). Para obtenção de uma pérola artificial composta exclusivamente de CaCO3, um analista, inicialmente, misturou 22 g de CO2 e 40 g de CaO. Nesse sentido, conclui-se que o reagente limitante e a massa em excesso presente nessa reação são, respectivamente, a) CO2 e 22 g b) CaO e 10 g c) CO2 e 12 g d) CaO e 20 g e) CO2 e 8 g 9. (UFRGS) Observe a reação abaixo que ilustra a síntese do paracetamol. Foi realizada uma síntese de paracetamol usando 218 g de p-aminofenol e 102 g de anidrido acético. Considerando que, para cada comprimido, são necessários 500 mg de paracetamol, qual a quantidade máxima de comprimidos que pode ser obtida? a) 204. b) 218. c) 302. d) 422. e) 640. 10. (UFRJ) Um camundongo, com 10 g, apresenta a seguinte composição centesimal em massa: Determine a quantidade máxima de água, em gramas, que poderia ser formada apenas pela combinação dos átomos de hidrogênio e oxigênio presentes no camundongo. 11. (Unicamp) Um importante fator natural que contribui para a formação de óxidos de nitrogênio na atmosfera são os relâmpagos. Considere um espaço determinado da atmosfera em que haja 20 % em massa de oxigênio e 80 % de nitrogênio, e que numa tempestade haja apenas formação de dióxido de nitrogênio. Supondo-se que a reação seja completa, consumindo todo o reagente limitante, pode-se concluir que, ao final do processo, a composição percentual em massa da atmosfera naquele espaço determinado será aproximadamente igual a a) 29 % de dióxido de nitrogênio e 71 % de nitrogênio. b) 40 % de dióxido de nitrogênio e 60 % de nitrogênio. c) 60 % de dióxido de nitrogênio e 40 % de nitrogênio. d) 71 % de dióxido de nitrogênio e 29 % de nitrogênio. Dados: Equação da reação: ½ N2 + O2 → NO2 Massas molares em g mol-1: N2 = 28, O2 = 32 e NO2 = 46 12. (PUC-RJ) A nave estelar Enterprise, de Jornada nas estrelas, usou B5H9 e O2 como mistura combustível. As duas substâncias reagem de acordo com a seguinte equação balanceada: 2 B5H9 (ℓ) + 12 O2 (g) → 5 B2O3 (s) + 9 H2O (g) a) Se um tanque contém 126 kg de B5H9 e o outro 240 kg de O2 líquido, qual tanque esvaziará primeiro? Mostre com cálculos. b) Quanta água terá sido formada (em kg) quando um dos reagentes tiver sido completamente consumido? 13. (Unesp) São colocadas para reagir entre si as massas de 1,00 g de sódio metálico e 1,00 g de cloro gasoso. Considere que o rendimento da reação é 100%. São dadas as massas molares, em g/mol: Na=23,0 e Cℓ=35,5. A afirmação correta é: a) há excesso de 0,153 g de sódio metálico. b) há excesso de 0,352 g de sódio metálico. c) há excesso de 0,282 g de cloro gasoso. d) há excesso de 0,153 g de cloro gasoso. e) nenhum dos dois elementos está em excesso
  4. 4. CASD Vestibulares Química – Estequiometria 4 14. (ENEM) A eutrofização é um processo em que rios, lagos e mares adquirem níveis altos de nutrientes, especialmente fosfatos e nitratos, provocando posterior acúmulo de matéria orgânica em decomposição. Os nutrientes são assimilados pelos produtores primários e o crescimento desses é controlado pelo nutriente limítrofe, que é o elemento menos disponível em relação à abundância necessária à sobrevivência dos organismos vivos. O ciclo representado na figura seguinte reflete a dinâmica dos nutrientes em um lago. A análise da água de um lago que recebe a descarga de águas residuais provenientes de lavouras adubadas revelou as concentrações dos elementos carbono (21,2 mol/L), nitrogênio (1,2 mol/L) e fósforo (0,2 mol/L). Nessas condições, o nutriente limítrofe é o a) C. b) N. c) P. d) CO2. e) PO4 3–. 15. (UFMG) Considere uma reação hipotética que ocorre em fase gasosa e envolve os reagentes X e Y e o produto Z. Num experimento, foram misturados, em um recipiente, 5 mol de X com 5 mol de Y. Após 1 minuto, nesse recipiente, havia 4 mol de X, 3 mol de Y e 1 mol de Z, como registrado neste quadro: X Y Z Início 5 mol 5 mol 0 Após 1 min. 4 mol 3 mol 1 mol Suponha que essa reação prossegue até o consumo total do reagente limitante. Considerando-se a quantidade inicial de X e Y, é CORRETO afirmar que a quantidade máxima de Z a ser obtida nessa reação é de a) 2,5 mol. b) 3,5 mol. c) 4 mol. d) 5 mol. 16. (Fuvest) O tanque externo do ônibus espacial Discovery carrega, separados, 1,20 × 106 L de hidrogênio líquido a –253 °C e 0,55 × 106 L de oxigênio líquido a –183 °C. Nessas temperaturas, a densidade do hidrogênio é 34 mol/L (equivalente a 0,068 g/mL) e a do oxigênio é 37 mol/L (equivalente a 1,18 g/mL). Considerando o uso que será feito desses dois líquidos, suas quantidades (em mols), no tanque, são tais que há a) 100% de excesso de hidrogênio. b) 50% de excesso de hidrogênio. c) proporção estequiométrica entre os dois. d) 25% de excesso de oxigênio. e) 75% de excesso de oxigênio. Massa molar (g/mol) H .......... 1,0 O ...........16
  5. 5. CASD Vestibulares Química – Estequiometria 5 17. (UFRGS) Observe a reação representada a seguir, que pode ser utilizada para obtenção de cobre metálico. 3 CuO + 2 NH3 → 3 Cu + N2 + 3 H2O Utilizando essa reação, foram realizados dois experimentos, nos quais se partiu de quantidades diferentes dos reagentes, na ausência de produtos. As massas iniciais dos reagentes e as massas finais dos produtos foram cuidadosamente pesadas. Essas massas, em gramas, encontram-se no quadro a seguir. Exp Substâncias iniciais Substâncias obtidas Observação CuO NH3 Cu N2 H2O 1 477 m1 381 56 108 Não foi observado nenhum excesso 2 954 m2 762 112 216 Excesso de 50 g de NH3 A análise desses dados permite concluir que as massas m1 e m2 da espécie NH3 apresentam a relação indicada na alternativa a) m2 = m1 x 2. b) m2 = (m1 x 2) – 50. c) m2 = (m1 x 2) + 50. d) m2 = m1 + (2 x 50). e) m2 = m1 – (2 x 50). 18. (Unicamp) A Terra é um sistema em equilíbrio altamente complexo, possuindo muitos mecanismos autorregulados de proteção. Esse sistema admirável se formou ao longo de um extenso processo evolutivo de 4550 milhões de anos. A atmosfera terrestre é parte integrante desse intrincado sistema. A sua existência, dentro de estreitos limites de composição, é essencial para a preservação da vida. No gráfico a seguir, pode-se ver a abundância relativa de alguns de seus constituintes em função da altitude. Um outro constituinte, embora minoritário, que não se encontra na figura é o ozônio, que age como filtro protetor da vida na alta atmosfera. Na baixa atmosfera, a sua presença é danosa à vida, mesmo em concentrações relativamente baixas. a) Considerando que o ozônio seja formado a partir da combinação de oxigênio molecular com oxigênio atômico, e que este seja formado a partir da decomposição do oxigênio molecular, escreva uma sequência de equações químicas que mostre a formação do ozônio. b) Tomando como base apenas o gráfico e as reações químicas citadas no item a, estime em que altitude a formação de ozônio é mais favorecida do ponto de vista estequiométrico. Justifique. 19. (Unicamp) Em um recipiente aberto à atmosfera com capacidade volumétrica igual a 2,24 litros, nas condições normais de temperatura e pressão, colocou-se uma massa de 0,36 g de grafite. Fechou-se o recipiente e, com o auxílio de uma lente, focalizando a luz solar sobre o grafite, iniciou-se sua reação com o oxigênio presente produzindo apenas gás carbônico. Assuma que todo o oxigênio presente tenha sido consumido na reação. a) Escreva a equação química da reação. b) Qual é a quantidade de gás carbônico formado, em mol? c) Qual será a pressão dentro do recipiente quando o sistema for resfriado até a temperatura inicial? Justifique. 20. (Fuvest) Adicionando-se solução aquosa de sal A a uma solução aquosa de sal B, forma-se um precipitado em uma reaçãopraticamente completa. Para se determinar os coeficientes estequiométricos dos reagentes, na equação dessa reação, fez-se uma série de 6 experimentos. Em cada um, a quantidade de A era fixa e igual a 4,0∙10-3 mol. A quantidade de B era variável. Os dados destes experimentos estão na tabela adiante: Experimento 1 2 3 4 5 6 Volume (mL) da solução do sal B, 0,10 mol/L 6,0 12,0 18,0 24,0 30,0 36,0 Massa (g) do precipitado formado 0,20 0,40 0,60 0,66 0,66 0,66 a) Calcule as quantidades, em mol, do sal B utilizadas nesses experimentos. b) No quadriculado a seguir, construa o gráfico: massa de precipitado versus quantidade, em mol, de sal B. Através deste gráfico justifique quais devem ser os coeficientes estequiométricos de A e B.
  6. 6. CASD Vestibulares Química – Estequiometria 6 21. (Fuvest) H2 (g) e Cℓ2 (g) estão contidos em balões interligados por meio de um tubo com torneira, nas condições indicadas no desenho. Ao se abrir a torneira, os gases se misturam e a reação entre eles é iniciada por exposição à luz difusa. Forma-se então HCℓ (g), em uma reação completa até desaparecer totalmente, pelo menos um dos reagentes. Quanto vale a razão entre as quantidades, em mols, de Cℓ2 (g) e de HCℓ (g), após o término da reação? a) 1 b) 2 c) 3 d) 4 e) 6 22. (PUC-SP) Um determinado metal queima ao ar para formar o respectivo óxido, um sólido de alta temperatura de fusão. A relação entre a massa do metal oxidado e a massa de óxido formado está representada no gráfico a seguir. Durante um experimento, realizado em recipiente fechado, foi colocado para reagir 1,00 g do referido metal, obtendo-se 1,40 g do seu óxido. Considerando-se que todo o oxigênio presente no frasco foi consumido, pode- se determinar que a massa de oxigênio presente no sistema inicial é x. Em outro recipiente fechado, foram colocados 1,50 g do referido metal em contato com 1,20 g de oxigênio. Considerando que a reação ocorreu até o consumo total de pelo menos um dos reagentes, pode-se afirmar que a massa de óxido gerado é y. Sabendo que o metal em questão forma apenas um cátion estável e considerando que em todas as reações o rendimento foi de 100%, os valores de x e y são, respectivamente, a) 0,40 g e 2,70 g. b) 0,40 g e 2,50 g. c) 0,56 g e 2,50 g. d) 0,56 g e 3,00 g. e) 0,67 g e 2,70 g. 23. (Fuvest) Em solução aquosa, íons de tálio podem ser precipitados com íons cromato. Forma-se o sal pouco solúvel, cromato de tálio, Tℓx(CrO4)y. Tomaram-se 8 tubos de ensaio. Ao primeiro, adicionaram-se 1 mL de solução de íons tálio (incolor) na concentração de 0,1 mol/L e 8 mL de solução de íons cromato (amarela), também na concentração de 0,1 mol/L. Ao segundo tubo, adicionaram-se 2 mL da solução de íons tálio e 7 mL da solução de íons cromato. Continuou-se assim até o oitavo tubo, no qual os volumes foram 8 mL da solução de íons tálio e 1 mL da solução de íons cromato. Em cada tubo, obteve-se um precipitado de cromato de tálio. Os resultados foram os da figura. Os valores de x e y, na fórmula Tℓx(CrO4)y, são, respectivamente, a) 1 e 1 b) 1 e 2 c) 2 e 1 d) 2 e 3 e) 3 e 2 24. (Fuvest) Para estudar a variação de temperatura associada à reação entre Zn (s) e Cu2+ (aq), foram realizados alguns experimentos independentes, nos quais diferentes quantidades de Zn (s) foram adicionadas a 100 mL de diferentes soluções aquosas de CuSO4. A temperatura máxima (Tf) de cada mistura, obtida após a reação entre as substâncias, foi registrada conforme a tabela: E x p Quantidade de matéria de Zn (s) (mol) Quantidade de matéria de Cu2+ (aq) (mol) Quantidade de matéria total* (mol) Tf (°C) 1 0 1,0 1,0 25,0 2 0,2 0,8 1,0 26,9 3 0,7 0,3 1,0 27,9 4 X Y 1,0 T4 *Quantidade de matéria total = soma das quantidades de matéria iniciais de Zn(s) e Cu2+(aq). a) Escreva a equação química balanceada que representa a transformação investigada. b) Qual é o reagente limitante no experimento 3? Explique. c) No experimento 4, quais deveriam ser os valores de X e Y para que a temperatura T4 seja a maior possível? Justifique sua resposta.
  7. 7. CASD Vestibulares Química – Estequiometria 7 RESOLUÇÃO DO EXERCÍCIO DE REVISÃO a) Usando a “regra do MACHO”, começamos a balancear pelo Metal, no caso, o Na. Isso é feito colocando o coeficiente do Na2SO4 como 1 e o coeficiente do NaOH como 2: H2SO4 + 2 NaOH → 1 Na2SO4 + H2O Agora balanceia-se o Ametal, no caso, o S. Isso é feito colocando o coeficiente do H2SO4 como 1: 1 H2SO4 + 2 NaOH → 1 Na2SO4 + H2O Como não tem carbono envolvido, agora balanceia-se o Hidrogênio. Como têm 4 H do lado esquerdo, colocamos o coeficiente 2 na H2O: 1 H2SO4 + 2 NaOH → 1 Na2SO4 + 2 H2O Note que nos dois lados da equação tem 2 átomos de Na, 1 átomo de S, 4 átomos de H e 6 átomos de O, indicado que ela está corretamente balanceada. Podemos escrever a equação omitindo os coeficientes que valem 1: H2SO4 + 2 NaOH → Na2SO4 + 2 H2O b) Segundo a equação balanceada, a proporção estequiométrica é de 1 mol de H2SO4 para 2 mol de NaOH. Ou seja, para os regentes estarem em proporção estequiométrica, a quantidade de NaOH (em mol) deve ser o dobro da quantidade de H2SO4. Como temos 5 mol de NaOH e 3 mol de H2SO4, a quantidade de NaOH não é o dobro da quantidade de H2SO4, portanto os reagentes não estão em proporção estequiométrica. c) Vamos supor que o H2SO4 é o reagente limitante. Nesse caso, seriam consumidos 3 mol de H2SO4. Pela proporção estequiométrica, deveriam ser consumidos 6 mol de NaOH, o que é impossível, pois só temos 5 mol de NaOH. Logo, o NaOH é o reagente limitante. Podemos confirmar que o NaOH é o reagente limitante calculando a quantidade necessária de H2SO4 para reagir com 5 mol de NaOH. Pela proporção estequiométrica, a quantidade de H2SO4 consumida é a metade, ou seja, 2,5 mol. Podemos confirmar isso com a seguinte regra de três: Número de mols de NaOH Número de mols de H2SO4 2 mol 1 mol 5 mol x 2 mol 5 mol = 1 mol x ⇒ 𝐱 = 𝟐, 𝟓 𝐦𝐨𝐥 𝐝𝐞 𝐇 𝟐 𝐒𝐎 𝟒 Como temos disponíveis 3 mol de H2SO4, todos os 5 mol de NaOH serão consumidos e ainda vão sobrar 0,5 mol de H2SO4. Logo, o reagente limitante é o NaOH e o reagente em excesso é o H2SO4. d) De acordo com o item anterior, o reagente em excesso é o H2SO4. Agora que sabemos que o reagente limitante é o NaOH, devemos usar somente a quantidade de NaOH consumida para fazer os cálculos estequiométricos, pois somente o NaOH será totalmente consumido. A tabela abaixo pode ajudar a evitar confusão: H2SO4 + 2 NaOH → Na2SO4 + 2 H2O Início 3 mol 5 mol 0 0 Reagiu Final Preenchemos a primeira linha da tabela com as quantidades iniciais dos reagentes. Como o NaOH é o reagente limitante, todo ele é consumido, ou seja, reagem todos os 5 mol e sobram zero no final: H2SO4 + 2 NaOH → Na2SO4 + 2 H2O Início 3 mol 5 mol 0 0 Reagiu – 5 mol Final 0 Agora preenchemos a segunda linha da tabela com as demais quantidades que reagiram. Note que esses valores vão seguir a proporção estequiométrica definida pelos coeficientes. Por exemplo: a quantidade consumida de H2SO4 é 2,5 mol, metade da quantidade de NaOH consumida, pois o coeficiente do H2SO4 é 1 e o do NaOH é 2. Na dúvida, os valores podem ser encontrados por regra de três. H2SO4 + 2 NaOH → Na2SO4 + 2 H2O Início 3 mol 5 mol 0 0 Reagiu – 2,5 mol – 5 mol + 2,5 mol + 5 mol Final 0 Finalmente, para encontrar as quantidades dos participantes no final, é só somar a primeira com a segunda linha (considerando o sinal negativo): H2SO4 + 2 NaOH → Na2SO4 + 2 H2O Início 3 mol 5 mol 0 0 Reagiu – 2,5 mol – 5 mol + 2,5 mol + 5 mol Final 0,5 mol 0 2,5 mol 5 mol Portanto, há um excesso de 0,5 mol de H2SO4 e foram formados 2,5 mol de Na2SO4 e 5 mol de H2O. e) De acordo com a tabela, são consumidos 2,5 mol de H2SO4. f) De acordo com a tabela, são formados 2,5 mol de Na2SO4. A massa molar do Na2SO4 é 2∙23 + 32 + 4∙16 = 142 g/mol. Assim, a massa produzida de Na2SO4 foi: 𝐦 = n ⋅ M = 2,5 mol ⋅ 142 g/mol = 𝟑𝟓𝟓 𝐠 g) De acordo com a tabela, sobraram 0,5 mol de H2SO4. A massa molar do H2SO4 é 2∙1 + 32 + 4∙16 = 98 g/mol. Assim, a massa em excesso de H2SO4 é: 𝐦 = n ⋅ M = 0,5 mol⋅ 98 g/mol = 𝟒𝟗 𝐠 Note que preenchemos a tabela inteira, para fins de ilustração, mas o exercício não pediu nada a respeito da H2O formada, por exemplo. Assim, a coluna da H2O poderia ter ficado em branco sem prejuízo na resolução.
  8. 8. CASD Vestibulares Química – Estequiometria 8 DICAS PARA OS EXERCÍCIOS PROPOSTOS 1. Na figura, estão representadas 11 moléculas de H2 e 6 de N2. Segundo a equação balanceada, cada 3 moléculas de H2 reagem com uma de N2. Suponha que o N2 seja o reagente limitante (totalmente consumido). Quantas moléculas de H2 seriam necessárias para reagir? Além disso, não faz sentido dizer que “ambos os reagentes estão em excesso”. Se um está em excesso, então o outro é o limitante. 2. Na mistura de reagentes, estão representadas 8 moléculas de NO2 e 5 moléculas de O3. Segundo a equação balanceada, cada 2 moléculas de NO2 reagem com uma de O3. Se o O3 fosse totalmente consumido, seriam necessárias 10 moléculas de NO2... na situação da figura, isso é possível? A tabela a seguir pode ajudar a prever como vai ser a situação final: 2 NO2 + O3 → N2O5 + O2 Início 8 5 0 0 Reagiu Final 3. Segundo a equação balanceada, cada 2 mol de H2S reagem com 1 mol de SO2. Quantos mols de H2S são necessários para reagir com 2 mol de SO2? Quantos mols de SO2 são necessários para reagir com 5 mol de H2S? Respondendo adequadamente às perguntas acima, é possível notar que o SO2 é o reagente limitante. 4. Lembre-se de que os coeficientes expressam tanto proporção em mols quanto em volume gasoso. Como todos os participantes da reação são gases, a equação balanceada pode ser lida como “cada 1 L de N2 reage com 3 L de H2, formando 2 L de NH3”. Nesse caso, passar os valores para mol só vai dificultar. 5. O óxido de cálcio é o CaO e o cloreto de amônio é o NH4Cℓ. Uma opção para resolver é dividir as massas dos reagentes pelas suas respectivas massas molares e encontrar que as quantidades dos reagentes são exatamente 2 mol de CaO e um pouco mais do que 4 mol de NH4Cℓ. Assim fica mais fácil de ver qual o reagente limitante. Outra opção é supor que o CaO é o reagente limitante e calcular a massa de NH4Cℓ para reagir com 112 g de CaO, ou vice-versa. 6. Passe os valores das massas de N2 e H2 para mol. Vai ser mais fácil trabalhar com eles em mol do que em massa. Além disso, note que a equação dada não está balanceada. 7. A equação balanceada é: (NH4)2PtCℓ4 (s) + 2 NH3 (aq) →2 NH4Cℓ (aq) + Pt(NH3)2Cℓ2 (s) 8. Nesse caso, também é mais fácil trabalhar com as quantidades em mol do que em gramas. Caso ache necessário, use a tabela apresentada na resolução do exercício de revisão. 9. Com esses valores de massa, pode parecer difícil achar quem é o reagente limitante. Novamente, passe os valores para mol que vai ficar mais fácil de enxergar. 10. Reformulando a pergunta: qual a massa de água que pode ser formada a partir de 1 g de hidrogênio e 6,4 g de oxigênio? A água é formada pela seguinte reação balanceada: 2 H2 + O2 → 2 H2O. Converta as massas para mol, descubra qual é o reagente limitante e encontre a quantidade de água formada. Note que não tem problema pensar no hidrogênio da composição do camundongo como se fosse H2. Isso porque 1 g de H tem a mesma quantidade de átomos do que 1 g de H2. No entanto, 1 mol de H e 1 mol de H2 têm quantidades diferentes de átomos. 11. Considere 100 g dessa atmosfera, com 20 g de oxigênio e 80 g de nitrogênio. Pelas alternativas, podemos deduzir que o reagente limitante é o oxigênio, pois o oxigênio não aparece na composição final da mistura em nenhuma das alternativas. Assim, calcule a massa de NO2 formado considerando que todos os 20 g de oxigênio reagiram. Observação: a composição do ar atmosférico é aproximadamente 20 % O2 e 80 % N2 em volume (ou em mols), e não em massa. Essa mistura apresentada na questão não tem a composição do ar atmosférico que conhecemos. 12. O tanque que esvaziará primeiro é aquele que contém o reagente limitante. Mais uma vez, passar os valores para mol vai facilitar a sua vida. Além disso, o valor dado na prova para a massa molar do boro foi 10,8 g/mol. 13. Aqui o jeito é passar para mol também, só que nesse caso os valores não vão ser redondos. Paciência. A equação da reação entre o sódio e o cloro é: 2 Na + Cℓ2 → 2 NaCℓ 14. Uma das dificuldades dessa questão é encontrar o que é relevante no meio de tanta informação, típico do ENEM. O dado relevante está aqui: Ou seja: a “proporção estequiométrica” entre carbono, nitrogênio e fósforo no processo de fixação é de 106:16:1. Veja qual é a proporção entre as quantidades desses nutrientes na água do lago dividindo todos os valores pelo menor (0,2 mol/L). 15. No mesmo intervalo de tempo (1 min), foram consumidos 1 mol de X, 2 mol de Y e foi formado 1 mol de Z. Isso quer dizer que a proporção estequiométrica entre X, Y e Z é de 1:2:1, ou seja, a equação balanceada é: X + 2 Y → Z
  9. 9. CASD Vestibulares Química – Estequiometria 9 16. Calcule o número de mols de hidrogênio e oxigênio a partir dos volumes e das “densidades” (vamos ver depois que mol/L é unidade de uma grandeza chamada concentração molar, não densidade). Além disso, o uso que será feito do hidrogênio e do oxigênio é colocar os dois para reagir entre si, formando água e liberando energia para a propulsão do foguete, de acordo com a seguinte equação balanceada: 2 H2 + O2 → 2 H2O 17. Note que as massas dadas do experimento 2 são o dobro das massas dadas do experimento 1, e que no experimento 1 elas estão exatamente na proporção estequiométrica, pois não há excesso de reagente neste experimento. 18. O ozônio é o O3. A formação de ozônio será mais favorável na altitude em que os reagentes que o formam estiverem na proporção estequiométrica, pois nesse caso a quantidade de ozônio formado é máxima. 19. A equação balanceada é C + O2 → CO2. Lembre-se de que 1 mol de gás ideal ocupa 22,4 L nas CNTP e que a composição do ar atmosférico é aproximada 20 % de O2 e 80 % de N2, em mol. Além disso, o que acontece com a quantidade de gases (em mol) no recipiente depois da reação? 20. Para calcular o número de mols, multiplique o volume da solução (em L) pela concentração da solução (em mol/L). Além disso, a proporção estequiométrica entre A e B é atingida quando o gráfico muda de uma reta inclinada para uma reta horizontal. A partir desse ponto, não adianta continuar aumentando o número de mols de B que a quantidade de produto formada é limitada pela quantidade de A, ou seja, nessa parte do gráfico, o A é o reagente limitante. 21. Note que a questão não forneceu o valor da constante universal dos gases ideais (R), ou seja, não é necessário (e nem recomendável) usar PV = nRT para achar o número de mols de H2 e Cℓ2. Em vez disso, basta saber a relação entre o número de mols de H2 e Cℓ2. Note que a pressão do Cℓ2 é cincovezes maior do que a de H2 e que os dois gases ocupam o mesmo volume à mesma temperatura. 22. O gráfico permite obter a proporção entre as massas de metal e do seu óxido. Veja o primeiro ponto do gráfico: a cada 12 g de metal, são formados 20 g de óxido. Essa é a proporção em massa da reação – use ela para descobrir quem é o reagente limitante (metal ou oxigênio) no segundo experimento para então encontrar o valor de y. Para encontrar o valor de x (no primeiro experimento), basta usar a lei de Lavoisier, já que todo o oxigênio utilizado reagiu. 23. Veja que a quantidade de produto (no caso, o precipitado) formado é máxima no 6° tubo da esquerda para a direita, o que sugere que, neste tubo, os reagentes (íons tálio e cromato) estão na proporção estequiométrica. Para calcular o número de mols, multiplique o volume da solução (em L) pela concentração da solução (em mol/L). 24. Reações deste tipo serão estudadas com detalhes no segundo semestre. Por enquanto, basta saber que a equação é: Zn (s) + Cu2+ (aq) → Zn2+ (aq) + Cu (s) Ou seja, a proporção entre Zn e Cu2+ é de 1:1. Considerando que a reação acima libera calor, a temperatura será a maior possível quando a quantidade de Zn e Cu2+ que reagirem para formar produto for máxima. Isso acontece quando Zn e Cu2+ estão em...? GABARITO Exercício de revisão a) H2SO4 + 2 NaOH → Na2SO4 + 2 H2O b) Não, pois a proporção estequiométrica é de 1 mol de H2SO4 para 2 mol de NaOH, e foram misturados 3 mol de H2SO4 e 5 mol de NaOH. c) O reagente limitante é o NaOH d) O reagente em excesso é o H2SO4 e) Reagiram 2,5 mol de H2SO4 f) Foram formados 355 g de Na2SO4 g) Sobraram 49 g de H2SO4. Exercícios propostos 1. D 2. B 3. C 4. B 5. A 6. a) 8,5 g de NH3 b) Sim, o reagente em excesso é o H2, com 1,5 g de excesso. 7. A 8. C 9. C 10. 7,2 g de água 11. A 12. a) O tanque com O2 esvaziará primeiro. b) 101,25 kg de água 13. B 14. B 15. A 16. C 17. C
  10. 10. CASD Vestibulares Química – Estequiometria 10 18. a) O2 → 2 O O2 + O → O3 b) A formação de ozônio é favorecida quando não há excesso nem de O2, nem de O, ou seja, quando eles estão em proporção estequiométrica. Como a proporção entre O2 e O na formação do ozônio é de 1:1, a formação é favorecida quando as suas concentrações são iguais, ou seja, quando as curvas se cruzam. De acordo com o gráfico, isso ocorre na altitude de 130 km. 19. a) C + O2 → CO2 b) 0,02 mol de CO2 c) A pressão dentro do recipiente, no final, será a mesma que no início, pois não houve variação na quantidade (em mol) dos gases (O2 e CO2), como pode ser observado na equação química. 20. a) Nos experimentos de 1 a 6: 6,0 ∙ 10-4 mol, 12,0 ∙ 10-4 mol, 18,0 ∙ 10-4 mol, 24,0 ∙ 10-4 mol, 30,0 ∙ 10-4 mol e 36,0 ∙ 10-4 mol. b) A proporção estequiométrica entre A e B é de 2:1 (2 A reagem com 1 B). 21. B 22. C 23. C 24. a) Zn (s) + Cu2+ (aq) → Zn2+ (aq) + Cu (s) b) Como a proporção estequiométrica entre Zn é Cu2+ é de 1:1, o Cu2+ é o reagente limitante, pois está em menor quantidade. c) Para que a temperatura seja a maior possível, a quantidade de reagentes consumidos deve ser a maior possível, o que ocorrequando não há excesso de reagentes. Como a proporção é de 1:1 e a quantidade de matéria total é 1,0 mol, então devem reagir quantidades iguais dos dois reagentes: 0,5 mol. Assim, X = Y = 0,5 mol. “Uma boa vida é aquela inspirada pelo amor e guiada pelo conhecimento. ” – Bertrand Russell, matemático britânico

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